[发明专利]基于最优信标组的无线传感网节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及无线传感器网络的定位方法。 

背景技术

无线传感器网络是继现场总线技术之后新出现的一种由传感器组成的网状（Mesh）网络，具有“低耗自组、泛在协同、异构互连”的特点。无线传感器网络认为是继互联网之后对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT技术之一，互联网改变了人与人之间交流、沟通的方式，无线传感器网络则将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，从而极大地扩展了网络的功能和人类认识世界的能力。

无线传感器网络中，位置信息对传感器网络的监测活动至关重要，事件发生的位置或获取信息的节点位置是传感器节点监测信息中所包含的重要信息，没有位置信息的监测消息往往毫无意义，如在环境监测、火灾监控、潮汐、生态学研究等项目中，采用WSN(Wireless Sensor Network)进行信息收集和处理。传感器节点发回所处位置的监测数据，如湿度、温度、风向、风速等，这些数据必须和位置信息绑定才有意义，甚至有时需要传送单纯的节点位置信息。因此，确定事件发生的位置或获取消息的节点位置是传感器网络的最基本的功能之一，对传感器网络应用的有效性起着关键的作用。

目前，无线传感器网络中，根据节点位置是否确定，传感器节点分为信标节点和未知节点。信标节点位置已知，是未知节点的定位参考点，未知节点的定位就是根据少数信标节点，按照某种定位机制确定自身的位置。定位过程中根据是否测量实际节点间的距离，把定位算法分为：基于距离的（range-based）定位算法和距离无关的（range-free）定位算法。前者需要测量相邻节点间的绝对距离或方位，并利用节点间的实际距离来计算未知节点的位置；后者无需测量节点间的绝对距离或方位，而是利用节点间的连通度估算节点位置。根据定位过程中是否使用信标节点，把定位算法分为：基于信标节点的（beacon-based）定位算法和无信标节点的（beacon-free）定位算法。前者在定位过程中，以信标节点作为定位中的参考点，各节点定位后产生整体绝对坐标系统；后者只关心节点间的相对位置，在定位过程中无需信标节点，各节点以自身作为参考点，将邻近的节点纳入自己定义的坐标系中，相邻的坐标系统依次转换合并，最后产生整体相对坐标系统。根据节点定位的先后次序不同，把定位算法分为：递增式（incremental)定位算法和并发式(concurrent)定位算法。递增式的定位算法通常从信标节点开始，信标节点附近的节点首先开始定位，依次向外延伸，各节点逐次进行定位，这类算法的主要缺点是定位过程中累积和传播测量误差；并发式的定位算法中所有的节点同时进行位置计算。

基于测距的定位算法一般优于距离无关的定位算法，在众多基于测距的定位算法中，基于接收信号强度指示器（Received Signal Strength Indicator,RSSI）的定位算法对硬件要求较低，且不需要时间同步，因而得到了广泛的应用。但是，在实际应用中，温度、湿度、障碍物、传播条件等条件的变化影响其测量精度，表现为信号衰减的不确定性和高非线性，获得的测量数据存在很大的噪声，从而对节点自定位产生不利影响，同时也制约了无线传感器网络在目标跟踪、位置检测、路由优化等基础应用的进一步发展。因此，国内外学者对基于RSSI测距的定位技术进行了大量的深入研究。

随着传感器网络研究的深入开展，其特点和优势日益显著，应用也越来越广泛。定位技术是传感器网络应用的前提，定位的准确性直接关系到传感器节点采集数据的有效性。然而，传感器网络节点的能量、存储能力和计算能力有限，这些制约要求定位算法必须是低复杂性。要进一步延长网络的生存周期，就必须要减少定位过程中的通信开销，因为无线通信的能耗是节点的主要能耗。目前的算法大都在能耗、成本和精度上作了折中考虑。由于各种应用差别很大，没有普遍适合于各种应用的定位算法，因此要针对不同的应用，通过综合考虑节点的规模、成本及系统对定位精度的要求，选择最适合的定位算法。

发明内容

为了克服现有基于RSSI无线传感网节点定位方法的复杂性高、节点间通信开销较大、定位精度低的问题，本发明提供一种算法复杂度低、节点间通信开销小、定位精度高的无线传感网定位方法，以满足大多数无线传感网定位跟踪系统的需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于最优信标组的无线传感网定位方法，包括下述步骤：